Znanstveniki so s tehnologijo PEGS razvili poceni senzor, ki lahko testira hrana svežino in lahko pomaga zmanjšati izgubo zaradi zavrženja hrana prezgodaj (zavržemo živila izključno zato, ker se jim je bližal (ali pretekel) rok uporabe, ne glede na njihovo dejansko svežino). Senzorje je mogoče integrirati v embalažo živil ali etikete.
Skoraj 30 odstotkov hrana ki je varen za prehrano ljudi, vsako leto zavržemo ali preprosto zavržemo. Velik prispevek k tej masi zapravljanje hrane je z zavrženjem, ki ga opravijo potrošniki ali supermarketi, zlasti v razvitih državah. Hrana odpadki postajajo globalno vprašanje in imajo velike posledice za gospodarstvo in okolje.
Vse zapakirano hrana ki se prodaja v trgovinah in supermarketih, ima oznako »rok uporabe«, ki označuje datum, ko je živilo varno in užitno za uživanje. Strokovnjaki pa pravijo, da je ta datum, ki ga običajno natisne proizvajalec, le približek in ne natančen pokazatelj dejanske svežine, saj so pomembni tudi drugi dejavniki, na primer pogoji, v katerih je živilo shranjeno. Zavrževanje hrana prezgodaj na podlagi „roka uporabe“ ne glede na njegovo dejansko svežino prispeva k ogromnim količinam zavržene hrane vsako leto.
Uporaba senzorjev je obetavna alternativa proizvajalčevi 'uporabi do datuma', saj lahko ti senzorji spremljajo stanje pokvarljivih pakiranih živil in ga v realnem času posredujejo uporabniku. Oblikovanih je bilo veliko vrst senzorskih tehnologij; vendar še niso vključeni v embalažo za živila zaradi več razlogov, kot so komercialna nesposobnost, visoki stroški, zapleten postopek izdelave in težavnost uporabe. Te tehnologije so bile tudi nezdružljive z digitalnimi platformami, tako da uporabnik podatkov ne more zlahka razumeti.
Nova študija, objavljena 8. maja v ACS senzorji opisuje občutljiv, okolju prijazen, poceni in prilagodljiv prototip PEGS (papirni električni senzor za plin), ki lahko zazna pokvarljive pline, kot sta amoniak in trimetilamin, ki se lahko raztopita v vodi. Senzor je bil oblikovan s tiskanjem ogljikovih elektrod na lahko dostopen celulozni papir s preprostim kemičnim svinčnikom in avtomatskim rezalnim risalnikom. Čeprav je celulozni papir videti suh, je sestavljen iz visoko higroskopnih celuloznih vlaken, ki vsebujejo vlago, ki se adsorbira na njihovo površino iz zunanjega okolja. Tako se zaradi te higroskopske lastnosti in brez dodajanja vode substratu lahko uporabijo mokre kemične metode za zaznavanje vodotopnih plinov. Prevodnost papirja je mogoče izmeriti z uporabo dveh ogljikovih (grafitnih) elektrod, ki sta natisnjeni na površino papirja. Tako je tanek film električnih lastnosti vode mogoče enostavno sondirati s prevodnostjo. Kadar je v neposrednem okolju prisoten kateri koli vodotopen plin, to vodi do povečanja ionske prevodnosti papirja, predvsem zaradi disociacije vodotopnih plinov v tankem sloju vode na površini papirja.
Raziskovalci so tehnologijo PEGS testirali na pakiranih živilih (mesnih izdelkih – zlasti ribah in piščancih) v laboratoriju, da bi kvantitativno spremljali svežino. Rezultati so pokazali, da je senzor PEGS pokazal visoko občutljivost na vodotopne pline, saj je lahko hitro in natančno zaznal količine pokvarjenih plinov v sledovih v primerjavi z obstoječimi senzorji. Preizkušeni plini so bili ogljikov monoksid, ogljikov dioksid, žveplov dioksid, trimetilamin in amoniak z največjo občutljivostjo na amoniak, ker je zelo topen v vodi. PEGS je pokazal izboljšano zmogljivost, boljši odzivni čas in večjo občutljivost. Prav tako ni bilo potrebno dodatno ogrevanje ali zapletena izdelava. Ti rezultati so bili potrjeni z uveljavljenim mikrobiološkim testiranjem, ki uporablja bakterijske kulture. Zato je PEGS primeren kot indikator nihanja svežine hrane zaradi mikrobne kontaminacije v pakiranem mesu. Poleg tega je bila zasnova senzorja združena z vrsto mikročipov, imenovanih oznake NFC (komunikacija bližnjega polja), ki omogočajo brezžično odčitavanje mobilnih naprav v bližini.
Edinstven senzor, opisan v trenutni študiji, je prvi komercialno izvedljiv, nestrupen, okolju prijazen senzor, ki ga je mogoče uporabiti za preizkušanje svežine živil z merjenjem njihove občutljivosti na pline, ki sodelujejo pri razpadanju hrane. Pomembno je, da je poceni, le za delček stroškov obstoječih senzorjev. PEGS deluje dobro pri sobni temperaturi in celo pri 100-odstotnih vlažnih pogojih, medtem ko porabi zelo malo energije. Po mnenju avtorjev bi lahko proizvajalci in supermarketi v naslednjih 3 letih na voljo PEGS za vključitev v komercialno embalažo hrane. Njihovo uporabo bi lahko razširili tudi na druge kemične in medicinske, kmetijske in okoljske aplikacije.
***
{Izvirno raziskovalno nalogo lahko preberete s klikom na spodnjo povezavo DOI na seznamu citiranih virov}
Vir (i)
Barandun G idr. 2019. Celulozna vlakna omogočajo skoraj nič stroškovno električno zaznavanje vodotopnih plinov. ACS senzorji. https://doi.org/10.1021/acssensors.9b00555
